用于焊接印刷电路的热感应压力机和执行焊接印刷电路的方法与流程

文档序号:15300142发布日期:2018-08-31 20:10阅读:170来源:国知局

本发明涉及一种用于钎焊印刷电路的方法和设备。

为了更好的理解本发明和以下将进行的解释,首先应当给出关于相关印刷电路的知识的简要说明。

的确,已知,用于电子应用的印刷电路,例如,电子处理器(包括例如所谓个人计算机的个人类型的电子处理器,用于大数据处理中心或所谓管理数据网路的服务器的电子处理器)中使用的印刷电路,通信设备(例如手机,电子平板电脑,交换机等)中使用的印刷电路,家用电器中使用的印刷电路,汽车中使用的印刷电路,工业设备等中使用的印刷电路,根据电路的构形通过重叠多个导电层或并入铜迹线设计的片,以及电绝缘材料插入其中来获得。

通过后续加工和完成步骤,这种结构引起多层叠层,该多层叠层允许获得最终的印刷电路;最终的印刷电路可以是刚性类型的,例如电路板(所谓的pcb或印刷电路板),或者是用于小型设备或与移动件(带状电路或膜)关联的柔性电路。

不同的重叠片或叠层的层通过热固性粘合剂(通常树脂)紧密接合在一起,浸渍织物、纤维或相似类型的绝缘衬底;衬底由玻璃、合成纤维、聚芳基酰胺纤维或其他电绝缘材料线制成,并且也通常被称为预浸渍。

导电层与非导电层压紧并粘合在一起通常在合适的压力机中发生,其中半成的多层叠层经受加热和压缩结合的循环。

申请人已经研发了用于这些应用的压力机,压力机基本上是两种不同的类型。

第一种是吸热或电阻型的且描述于意大利专利申请mi93a000223中(10/02/1993)。

根据这种方案,导电和绝缘片的多层叠层彼此堆叠,铜金属片插入其中。铜材料片彼此串联电连接,从而使得电流在内部循环,因此经由损耗(焦耳效应)产生用于融合和聚合粘合树脂的热量需求。

结合电产生的热量与应用力至多层叠层堆之上,多层叠层被挤压从而获得最终的理想的结构和厚度;为此原因,多层叠层堆插入压力机的两个板之间,下基板和上可移动板挤压板之间的多层叠层堆,因此压紧层并使得层之间具有粘合的粘合剂。

铜金属片插入多层叠层甚至允许给多层叠层堆的中央区域带来热量,因此促进在内部的更均匀的温度分布。

实际上明显的是,为了获得通过这些压力机生产的高质量标准的印刷电路,多层叠层堆中的温度分布必须尽可能的均匀,否则具有以下风险:在内部,在多层叠层中,热固性树脂被正确聚合,而其他区域并不聚合或过度聚合。

换言之,明确的是,除了可能的确定变量公差极限之外,如果多层叠层堆的全部点不能在特定时间立即达到相同的温度,则将具有未被充分加热或其他被过度加热的区域,其中预浸渍层的合成树脂并不坚固或被过渡加热(本领域技术人员也称为“焙烧”),使得必须废弃相应的印刷电路。

对于此问题,必须强调的是,由于尤其取决于通信领域(其中手机或其他便携式装置形成更加多样和复杂的功能,因此需要高计算能力的同时保持减小的尺寸和重量)的发展趋势,印刷电路必须增强紧凑和轻量化。

因此,这意味着构成多层叠层的具有电阻构形的导电铜片或层和绝缘预浸渍片或层也必须非常薄,以便能够堆叠更多数量并获得理想的电路表现。

为了给出讨论目的的更好的概念:每个导电和浸渍片或层具有大约80-100μm的厚度,根据该情况:因此,这需要具有千分之一毫米(即,μm)级别的公差的高加工精度。

此外,每个叠层能够包括多个这种层,其能够从几个单元(4-8)至几十个(20-30)变化,使得多层叠层堆装载在压力机上,并且多层叠层堆通常包括三或四个多层叠层,叠层具有大约15-20厘米的总高度。

因此,温度控制必须适用于这些严格的精度标准,并因此需要操作热加压循环的每个方面,以便获得所需的性能标准。

在本上下文中,申请人已经发现多层叠层堆的外围区域和中央区域之间的温度差异被证实可能是由于外围区域实际上最靠近操作压紧层的上板和下板,因此具有不同于多层叠层堆剩余部分的热容量。

本申请人设计的用于钎焊和压紧多层叠层的第二种类型的压力机描述于意大利专利申请mi2003a000967中。与前述的压力机不同,这种压力机是感应类型的,并因此通过电磁辐射向多层叠层提供热量,而不是加热板或加热箔的热传导。

特别地,压力机包括被构造为“c”(或如需要,马蹄铁)的铁磁轭,其具有垂直设置的中央芯部,电绕组电感器应用在中央芯部上,上臂和下臂从中央芯部水平延伸。

铁磁结构的上臂能够垂直移动,以便压缩设置在下臂上的多层堆。

通过提供具有交流电(具有预设频率)的绕组,可能在多层叠层堆的铜导电层中感应出电流来加热多层叠层堆,从而获得用于融化和聚合浸渍绝缘预浸渍层的热固性树脂的所需热量。

在这种情况下,由于实际上横穿多层叠层堆的磁感应通量沿着其高度乃至和宽度并不是均匀的,则难以控制加热部分以便使得多层叠层堆的中央点和多个外围点之间的均匀性。

根据这种已知方案制成的压力机因此并不能接收前述吸热和电阻型压力机的缺陷。

鉴于这种情况,本发明的目的因此在于提供一种用于制造印刷电路的压力机,所述压力机具有结构和功能特征使得克服上述现有技术中已知的限制。

换言之,本发明旨在提供一种允许在加工的多层叠层堆的多个点中获得均匀温度分布的压力机。

在本目的的范围中,本发明的进一步目的在于提供一种允许随时控制di多层叠层中的温度变化的压力机。

本发明的这些和进一步的目的通过权利要求中特定列出的压力机的特征部分获得,从中获得的效果和由本发明获得的优点将通过下文中可能实施例的描述,参考作为非限定实施例提供的附图变得更清楚,其中:

-附图1示出了根据本发明的压力机的正视图;

-附图2是附图1中的压力机的部分的放大图;

-附图3是附图1中的压力机的细节示图;

-附图4是沿附图3中的线iv-iv的截面图;

-附图5是沿附图5中线v-v的截面图;

-附图6是附图1中的压力机的加热面板的分解示图;

-附图7是附图3中的面板的俯视图;

-附图8是沿附图4中的线viii-viii的截面图;

-附图9示出了在根据本发明的钎焊过程的步骤期间,附图3中的压力机的细节示图;

-附图10,11,12示出了用于启动附图9中的钎焊过程的箔的相应实例。

在对本发明的压力机进行详细描述之前,在上述附图中的描述,需要首先陈述下文关于非限定性实例描述的特别构造和/或结构和/或特征可以以任何适当的方式被认为是独立的或可结合的,在一个或多个实施例中,也不同于示例性实施例;此外,下文中使用的参考标记仅出于方便而并不限定保护范围或实施例的形状。

因此,“上”,“下”,“之上”,“之下”,“高”,“低”等限定指代示例性附图而并不同于作为限定。

此外,出于简要的目的,下文中的参考标记一般用于多层叠层,多层叠层堆,叠层等,解决技术中结构上的已知的过多信息。在下文中将更好的理解本发明,本发明实际上有利地应用至用于印刷电路(之上给出了关于印刷电路的简要概括)生产的全部多层。

鉴于截止到目前的陈述,能够陈述根据本发明的钎焊压力机已经整体用参考标记1表示。

压力机包括基底2,在这种情况中,基底2由一系列柱3设置在基架4上构成;当然,可以采用任何其他适当的方案用于制造基底,例如梁桁架,混凝土基础或增强混凝土基础,砖壁,上述组合或这些可替换物中的一个或多个等方案。

基底2的结构的选择将取决于多个因素,包括压力机1的尺寸,其中安装(呈直线安装或与工作台一起安装)有压力机的设备类型,周围空间的可用性等因素。

基底2支撑压力机的套体10,多层叠层11在套体10被加热挤压;套体10在附图2中更清晰可见,套体10基本上是具有平行六面体形式或类似的结构,通过下基底或壁14和上顶部或壁15分别在底部和顶部限定,套体10由刚性厚板构成,优选由铁磁金属(例如铁素体,磁铁矿,硅钢)位于其自身上制成,或与其它金属作为合金制成和/或由适当材料制成。

在套体10的基底14和顶部15之间,设置有与其他壁相似的一个中间或间隔壁16,因此其优选由铁磁材料制成;基底14,顶部15和中间壁16固定在沿套体的角部垂直布置的立柱18上,这构成了支撑框架或框架。

在加热和挤压多层叠层11期间,套体10实际上是在其内部形成真空的结构;套体10因此必须具有耐受外部和内部环境压力差的性质,压力差能够达到约0.4-0.8bar。

出于此原因,套体10侧面由壁19封闭,在一些壁19上能够布置有玻璃面板20,以便允许观察套体的内部;在任何情况下,面板由厚的且适于耐受由加工期间套体内部产生的真空引起的应力的材料制成。

中间壁16将套体内部分离为两个腔室,分别是下腔室22和上腔室23;在每个腔室22,23中,具有相应的致动器或气压组24,25,根据正常的热压过程,致动器或气压组24,25用于将应用形成印刷电路所需的力。由于致动器24,25彼此相同,下文仅对其中一个进行描述,因为相同的解释也适用于另一个致动器。

因此,以下致动器24作为参考,下制动器24包括具有圆形几何结构的活塞27,所述活塞在固定至中间壁16的缸体28中时能够滑动的,所述缸体28还支撑用于导向活塞27的移动的装置,该装置由套筒杆29固定至安装在活塞27上的推力板30构成。

缸体28的内部体积通过管道32与外部的加压空气供应组(由于是已知的则并未在附图中示出)流体连通;除此之外,该组包括用于处理加压空气的压缩机,用于截取压缩空气的电磁阀,所述电磁阀用于活塞27的气动操作。

即使活塞27的气动致动是优选的,因为气动致动允许获得良好的移动速度并因此迅速的挤压,但是还可以使用其他方案来驱动活塞27。

例如,能够采用不同于空气的流体,特别是非气体流体,例如用于活塞的油动致动的油;作为流体的可替换方案或与其结合,致动器24能够是机电的,例如具有步进电动机,所述步进电动机驱动活塞的移动,或者具有电动机和螺杆减速器。

应当指出的是,还可能具有多个致动器来驱动活塞,例如千斤顶(液压或电动),多个致动器一起在活塞27上操作。

在与直接朝向活塞27的板30相对的另一侧上,应用有磁感应装置40,所述磁感应装置包括至少一个沿平行于活塞27的移动方向(优选是垂直方向)的轴,围绕铁磁芯体42布置的绕组41。

感应装置能够包括仅一个放置在芯体42上的绕组41或还包括其他绕组,在这种情况下,第二绕组43进一步围绕第一共轴和外部布置;然而,绕组41和43的结构和供电必须允许调整和/或增加本发明目的所需的总磁感应通量,所需的总磁感应通量将在下文中阐明。

感应装置40能够在任何情况下被配置为不同于刚刚描述的感应装置。

例如,能够具有其他围绕附图中的绕组41,43的共轴绕组,或者能够具有多个更小的线圈来代替具有一个或两个绕组41,43;该线圈能够以等距方式分布,从而获得在多层叠层11的平面上均匀的总磁感应通量。

当绕组41,43由具有约几khz频率(优选18khz至30khz,以及在特定情况下约24khz)的交流电激发时,感应器40的芯体42由能够使绕组41,43产生的相关磁通量穿过的材料制成。

能够使磁通量通过的构成芯体42的材料优选是铁素体:通过使用铁素体,可能限制由变化的磁通量感应出的寄生电流;如附图所示,芯体由接合成为叠层的叶片构成或由固体铁素体构成。

绕组41,43具有相对低数量n的线圈,为20至35并优选为30,绕组由导电材料(例如,铜或合金)制成,绕组的圆形部分具有适于特定应用的直径。

的确,钎焊多层叠层11所需的能量越高,将具有的导体41,43的部分就越大;还必须指出的是,根据线圈的数量和多层叠层11的类型,绕组41,43的电源供应电流从10安培变化到14安培,则电压在300至560伏的范围。

不论感应装置40如何制造,感应装置40优选放置在由电绝缘材料并具有良好机械和热强度的块45中,从而耐受施加在多层叠层11上的压缩应力和相应温度。

为此,块45由合成材料制成,热塑性材料或热固性材料,例如聚四氟乙烯(ptfe,也被称为“特氟龙”),一些聚碳酸酯,聚氨酯和pvc(聚氯乙烯),可能由填充附加物来增强以增加机械和/或热强度;然而,为了制造块45,还能够使用介电材料,例如玻璃质或陶瓷材料,云母等。

根据本发明的优选实施例,块45中还具有加热装置50。

该加热装置包括加热面板51,所述加热面板优选具有复合结构,在加热面板中,电阻器52插入两个外面或板53,54之间,特别地,电阻器52被配置为线圈并且支撑在电绝缘并耐受高温(约100-200℃)的托盘内;出于此目的,托盘55由陶瓷和/或玻璃质材料或甚至云母和上述用于块45的一些其他材料制成。

优选的,电阻器52由导电材料制成,所述导电材料适于基于温度变化来保持均匀表现,即除了合理的公差极限(通常是百分之几(1-3%)),电阻率基本上不随着温度改变。

为此,电阻器优选由不锈钢制成,或者在任何情况下具有铁合金,并且有利的,其截面优选的是多边形的、正方形的或长方形的,因此这允许更好的保持机械性能与加热。

以约几十伏的低电压的直流(dc)供应至电阻器52,但是具有高电阻值,即约15-20安培;为了加热装置50的改进表现和效率,电阻器52放置在具有与托盘55配合形状的座56中。

在电阻器52的端部,连接器58被布置用于与电源供应装置连接(未示出);连接器58基本上是端子,也放置在托盘55的座56的一部分56a中。

从附图中可以看出,面板51的外面53,54是由玻璃或纤维玻璃,碳,云母,镁或阳极化铝或其他材料制成的板;不管面板51的面53,即直接朝向多层叠层11的面的材料选择,板优选具有良好的辐射性能,从而促进热量向邻近多层叠层11的传输。

为此目的,构成材料的选择也将考虑辐射性能;因此能够提供纤维玻璃的增强填充和/或面53的表面修整,连同染色或具有颜料的涂料一起以促进辐射效应。

面53的板能够由碳制成,或者在任何情况下包括分散在另一种矩阵的这种元素,在一个同素异形体形式中,例如石墨,石墨烯,纳米管等,从而允许获得良好的物理(热和电)和机械性能(压缩强度和热应力强度)。

碳在红外范围中还具有良好的辐射性能,这促进了通过面板51将热量传输至被挤压的多层叠层11。

有利地,在附图示出的实施例中,面板51的板53具有小于其他板的尺寸,从而使得连接器57未被覆盖:这促进了电阻器52的安装和连接器57的电连接,所述连接器57放置在布置在托盘55中的座56的一部分中;为了面板的封闭,提供有盖子58。

此外,面板的面53,54通过螺钉、铆钉或相似固定装置与托盘55相互固定在一起,从而形成刚性的和耐受的结构,从机械角度,该结构是刚性的且耐受源于挤压多层叠层11的应力。

为了在压力机1中加工多层叠层,该叠层在相应腔室22,23中支撑在基底14上和间隔壁16上;特别地,根据本发明的优选实施例,多层叠层11设置在基座46上,这促进多层11的加热和磁感应。

为此目的,基座46能够制成为与由活塞27移动的板30相关联的块45,即具有加热装置50,如上所示,这优选像是面板51具有复合结构和感应装置40包括至少一个与芯体42相关联的绕组41。

上述钎焊压力机1的操作发生解释如下。

多层叠层11布置在下腔室22和上腔室23中,多层叠层11抵靠相应的基座46;一旦腔室22,23中达到真空,可能操作加热和挤压步骤。

关于第一步骤,第一步骤在控制模式中执行,保证多层叠层11的温度随时间以具有增加导数的曲线变化逐渐增加,这典型的被配置为笛卡尔示图中的“斜率”,其中时间显示在x轴上,温度显示在y轴上。

当然,在任何情况中能够具有随时间的其他温度增长变化,并不必须是直线的:这将取决于多种因素,例如,获得的印刷电路的类型和/或其构形,预浸渍的热固性树脂的特征,多层叠层11的厚度和/或多个构成片的厚度。

通过布置在多层叠层11中的探针来探测温度变化,由于导电层中产生源于感应装置40生成的磁感应的感应电流,对多层叠层11进行内部加热。

在上下文中,必须注意的是,感应装置40以使得基本上保持其结构特征,甚至系统结构的改变遵循多层叠层11的挤压的方式被配置。

的确,由气动活塞27的活动导致的多层叠层11的挤压和高度的减小并不影响由感应绕组41,43和耦合的芯体42生成的磁感应,因为感应绕组41,43和耦合的芯体42保持不变并且与活塞27构成一体。

换言之,可以说在根据本发明的压力机中,当多层叠层11被活塞27挤压时,与感应绕组41,43相关联的铁磁芯体42并不改变其结构:这允许对于多层11的加热具有可靠和精准的控制,因为感应装置40的特征在加工过程中保持不变(与上述现有技术中所述的方案中发生的不同)。

此外,感应装置40的布置(其中绕组41,43具有基本上平行于多层叠层11的堆叠的方向的轴)允许获得更均匀的磁感应,磁感应通量线以使得基本上垂直于单层的方式穿过多层叠层11,因此最大化产生引发导电层中的电流的电动势的效应。

这种效应实际上还通过感应装置40优选布置在活塞27的顶部和基座46的底部得意促进:这允许在相对于多层堆11的顶部和底部具有相同的系统结构,从而在多层堆11内部获得改进的温度控制。

为此目的,必须注意的是,多层堆11内的温度控制和均匀分布进一步由布置在块45和基座46的加热装置50来促进。

在这个实施例中,该加热装置包括辐射板51,实际上允许消除或在任何情况中减小多层11的外围区域(即在端部)和多层11的内部中央区域之间的热差异。

的确,内部中央区域比外部区域受热更多,这经受了边缘效应和与块45和基座46的接触;加热面板41的存在使得多层堆11的外围区域的局部加热成为可能,从而使得外围区域的温度与中央区域的温度一致。

直到现在,因此可能理解的是,如上所述,根据本发明的压力机在其基底实现本发明的目的。

的确,能够保证同于印刷电路的多层堆11的加热与温度的分布在外围点和内部点是均匀的;这实际上至少部分取决于磁感应的使用,这允许更多的加热叠层多层11的内部区域,而没有过度加热而损坏绝缘预浸渍层的热固性树脂的风险。

的确,来自感应装置40的感应磁通量在叠层11的导电层中生成电流,从而更多的加热位于内部点中层;这种效应实际上进一步通过感应装置40相对于多层叠层11定位在顶部和底部,即在于活塞27相关联的块45中和在基座46中(叠层11设置在基座上),来改进。

加热装置50在块45中和基底46中的存在于允许消除边缘效应并因此在多层11的全部点(外围和更多的内部点)中获得均匀的温度分布。

因此认为多层叠层11的加热能够以精准和有效的方式控制,从而保证由本发明的压力机获得的印刷电路的高质量标准。

还必须理解的是,这些重要结果由具有高生产力的压力机获得,只要压力机能够至少同时操作分别设置在下腔室22和上腔室23的两个多层叠层11。

为此目的,必须强调的是在压力机1中,可能通过使用与清楚简化的压力机1相同的装置(由是已知的而未在附图中示出),包括压缩机、管道和用于截取空气的电磁阀,来在下腔室22和上腔室23中获得真空,而只要能够钎焊两个多层叠层11就能够同时保持高生产力。

为此目的,必须强调协同效应,因为相对于厚度等于两个之和的单个多层叠层,根据本发明教导的焊接两个(或多个)多层叠层允许在加工时间和两个多层叠层的温度控制方面达到显著改进的表现。

的确,通过操作具有相应低数量的层的单个叠层11,可能执行更快或更精准的加热。

因此,在压力机1中,执行上述循环,即将电能供应至两个腔室22,23的感应装置40以及在相应多层叠层11的内部进行挤压;可理解的是通过遵循这种原理,可能使得压力机具有多于示出的实施例中的两个的挤压腔室数量。

这是由于压力机的模块结构,其中每个腔室22,23,…n,能够装配有以自主方式运行的相应的感应装置40和挤压装置25,27。

自然,相对于目前所述,本发明的变型例是可能的。

上述已经提及了关于形状和构成感应装置40、挤压装置25,27或在多层叠层11的端部的加热装置50的材料的不同的可能替换方案;在这种情况中,需要进行补充以便增加多层叠层11内的热效应,申请人已经发现应用在叠层11的层之间折叠的导电箔60是可能的。附图9示出了这种情况,附图9显示了与压力机1的附图2相对应的示图,其中导电箔60与多层叠层11相关联。

箔60优选由铜或其他导电材料制成,箔的厚度根据本申请能够在0.5mm和1.5mm之间变化;箔60的尺寸(不仅厚度,还有宽度和长度)取决于多种因素,例如多层叠层11的高度,多层叠层11的组分与预浸渍层,被印刷的电路的设计(即构形)等。

如附图9所示,上翻箔60形成插入叠层11的层之间的折叠;在这种情况中,箔60的弯曲折叠的数量取决于叠层11和叠层11的层。

令人惊讶的,相对于例如意大利专利申请mi2003a000967中的已知技术,申请人已经注意到箔60弯曲在多层叠层11中形成折叠的存在促进了加热,温度分布的均匀性和加热时间。

实际上,在意大利专利申请mi2003a000967的文件中,穿过多层叠层的感应允许在其内部加热导电层,但是以非常不均匀的方式加热,因为每个箔的互感,邻近的箔彼此绝缘,干扰了磁通量。

然而,在本发明的方案中,弯曲的折叠是单个箔60的一部分,使得当通过感应装置40在多层叠层11内产生磁通量时,折叠表现为具有相同的电感值。

实际上,可以说箔60的弯曲折叠表现像具有相同电感值的线圈(即其中一个线圈),使得当磁通量穿过弯曲折叠时,相同的电流流过箔60来以有效的方式加热。

为此目的,需要注意的是通过适当选择钎焊过程的参数,例如箔60的尺寸和形状,被折的折叠数量(并因此它们的间距),感应装置40的供应频率(如上所述)和因此产生的磁通量,可能保证均匀的电流在箔60中循环,均匀的电流是由磁通量感应出的电流和箔60中的电流自感应出的电流。

为此目的,能够提供不同形式的箔60;例如,箔能够由片或者均匀宽度的条带,或者类似一系列环形线圈的形状等,箔能够彼此连接,其中线圈布置在附图9中的叠层之间折叠的在箔60中的水平折叠处。

有利地,线圈还能够根据印刷电路和/或叠层11的层的构形设计和/或构造,从而使得通过磁通量穿过线圈的感应加热更有效。附图10示出了箔10的结构的一些实例。

在任何情况中,全部的这些变型例均落在权利要求的范围中。

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